一九四九年十月一日，中華人民共和國宣佈成立，十月三日，蘇聯外長葛羅米柯致電周恩來總理兼外長，表示蘇聯政府決定同中華人民共和國建立外交關係並互派大使。
斯大林在世的時候，蘇聯對中國增強軍事力量和經濟建設提供了很多援助（如通過貸款方式為中國提供六十個師的裝備）。但是，斯大林的大國沙文主義使毛澤東不快，毛澤東只能忍氣吞聲，不便發作。斯大林去世後中蘇關係出現了新的轉機。赫魯雪夫在新中國成立五週年時送給毛澤東的禮物：促成第一個五年計劃援華項目的簽字，歸還旅順海軍基地，出讓中蘇合股公司的蘇方股份，增加援建重點工業項目和軍事貸款，提供原子能反應堆和加速器等。約一萬八千人次的蘇聯軍事和技術專家來華工作。
蘇聯對中國的經濟援助的主體是提供重點工業項目的整套設備和技術，據中方資料，整個五十年代與蘇聯簽訂協定由蘇聯幫助中國建設的成套設備項目共計三百零四項，單獨車間和裝置六十四項。正是這些項目和設備，構成了中國工業化的基本框架。直到八十年代改革開放前，中國的現代工業就是在這個基礎上發展起來的。
斯大林去世以後，蘇聯領導層接連不斷地發生激烈的權力鬥爭。赫魯雪夫為了戰勝其政治對手，積極調整對華政策，一再討好毛澤東。一九五五年八月二十二日，蘇共中央主席團批准了蘇聯高教部關於幫助中國進行和平利用原子能工作的提案：滿足中國政府的請求，幫助在北京和蘭州組織教學，培養原子能專家。這年十月，經中共中央批准，在北京西南遠郊坨里地區興建一座原子能科學研究基地（代號為六百零一廠，一九五九年改稱四百零一所），並將蘇聯援建的反應堆和加速器安置在這個基地。以索洛諾夫和阿里柯謝夫為代表的蘇聯專家組與中國的工程技術人員一道，為基地建設做出了重大貢獻。同年十二月，以諾維科夫教授為團長的蘇聯原子能科學家代表團訪華，向中國贈送了一批有關和平利用原子能的影片和書籍。蘇聯代表團還在全國政協禮堂舉行報告會，講授關於和平利用原子能的各項問題。在十二月二十六日周恩來與蘇聯代表團舉行的會談中，雙方討論了《中華人民共和國一九五六——一九六七年原子能事業規劃大綱（草案）》。蘇聯科學家主動表示，蘇聯準備給中國核工業建設以全面援助。
此後兩年蘇聯的核援助進一步擴大。一九五六年四月七日中蘇簽署的協議規定，將鋪設從哈薩克斯坦的阿克斗卡至蘭州的鐵路，以便向設在羅布泊的第一座核武器實驗中心運送設備。同年八月十七日，中蘇兩國政府又簽訂了關於蘇聯援助中國建設原子能工業的協定。協定規定，蘇聯援助中國建設一批原子能工業項目和一批進行核科學技術研究用的實驗室。在這一基礎上，十一月十六日，第一屆全國人大常委會第五十一次會議通過決定：設立第三機械工業部（一九五八年二月十一日改名為二機部），主管中國核工業的建設和發展工作。一九五七年三月，三機部制定了第二個五年計劃，要求在一九六二年以前在中國建成一套完整的、小而全的核工業體系。一九五七年五月，著名的核物理專家沃爾比約夫率領十幾位專家來到中國科學院物理研究所（此時已由中科院和三機部雙重領導）工作。沃爾比約夫專家組最初的任務是培養研究濃縮鈾和（左金右不）方面的中國專家，後來也負責指導反應堆的實驗。由於蘇聯專家的幫助，實驗性反應堆和迴旋加速器相繼建成，並從重水反應堆中獲得了少量的（左金右不）。此外，通過教學和實驗，還培養了一批中國科學技術人員。儘管以後蘇聯停止了對中國的核援助，但上述援助為中國在一九六四年的第一顆原子彈打下了重要基礎。
中蘇關係的破裂是逐漸演變的。
一九五六年二月四日至三月二十七日的蘇共二十大全盤否定了斯大林，使毛澤東不快。《人民日報》接連發表了《關於無產階級專政的歷史經驗》（一九五六年四月五日）和《再論無產階級專政的歷史經驗》（一九五六年十二月二十九日）。這兩篇份量很重的文章，不點名地批評蘇聯二十大的作法。但中蘇關係並未像外界估計的那樣受到重要影響。一九五七年夏秋，蘇共中央六月全會做出的譴責馬林科夫、卡岡諾維奇、莫洛托夫「反黨集團」的決議得到中共中央的支持，赫魯雪夫則立即同意全面向中國提供核武器的技術援助，中蘇關係又邁上了一個新台階。
一九五七年十一月二日至二十日，毛澤東率領代表團赴莫斯科參加十月革命四十週年慶典，在蘇聯進行了長達十八天的訪問。毛澤東遊說於東歐各黨領導人之間，努力化解他們與蘇共的矛盾，並反覆強調社會主義國家要「以蘇聯為首」。
一九五八年夏天，赫魯雪夫通過蘇聯駐華大使尤金向毛澤東提出與中國合作建立長波電台和聯合潛艇艦隊。這個提議觸動了毛澤東敏感的神經，他在尤金面前大發雷霆。赫魯雪夫不得不親自到北京向毛澤東解釋。毛不熱情接待，反而穿著游泳褲與不會游泳的赫在中南海游泳池邊會見。在會談中，毛澤東拒絕了赫魯雪夫在中國建「長波電台」和與中國搞「聯合艦隊」的提議。但中蘇關係還是沒有破裂。
一九五八年八月八日，中蘇兩國簽訂協議，決定蘇聯在技術上幫助中國建設和擴建冶金、化學、煤炭、機械製造、木材加工、建築材料工業和電站，具體落實為建設和擴建四十七個工業企業。
一九五八年八月二十三日，中國人民解放軍對金門採取的軍事行動引發了第二次台海危機。毛澤東事前有意向蘇聯隱瞞炮擊金門的決定。毛澤東此舉，一方面無視中蘇同盟的存在，一方面又充分利用了存在的中蘇同盟以要挾美國，這令赫魯雪夫十分惱火。
一九五八年十一月二十三日，第一枚蘇制薩姆——十二地對空導彈運抵滿洲裡；前後共六套發射器、六十二枚導彈運到北京四周的防地。蘇方還派了專家及一個導彈營前來一對一地教練中國官兵。一九五九年十月七日，一架從台灣起飛的美製Ｕ——二型高空偵察機在北京近郊通縣上空被擊落，使世界震驚。這是世界在實戰中用導彈擊落敵機的首例。那枚開創世界首例的導彈，正是蘇聯送的。蘇共對中共搞大躍進、人民公社的做法持批評態度，這使毛澤東十分不滿。因此，中國就大張旗鼓地批判赫魯雪夫的「右傾機會主義」、「修正主義」。一九五九年十月一日，赫魯雪夫到北京參加中華人民共和國建國十週年大慶，在這期間，他同毛澤東等中國領導人，就國際形勢、對美政策、中國和印度的關係等一系列問題發生了爭論。
大躍進、大煉鋼鐵、炮擊金門，使赫魯雪夫憂心忡忡。他更怕毛澤東得到核武器後在台灣海峽製造事端，把與中國結盟的蘇聯和與台灣簽有共同防禦條約的美國都牽進去，破壞蘇聯與美國搞緩和的戰略。兩黨決裂勢不可免。一九五九年六月，蘇聯單方面撕毀了一九五七年十月簽訂的關於國防新技術的協定，拒絕向中國提供原子彈樣品和生產原子彈的技術資料。此時，中國的大饑荒已經出現了半年有餘，顯然這次合同的撕毀不是大饑荒的起因。何況蘇聯這次撕毀的是原子彈的協議，不影響農業生產，也不會影響工業。而與農業有關的蘇聯援建項目——洛陽拖拉機廠，一九五九年十一月一日建成投產，達到了每五分十二秒生產一台拖拉機的設計水平。一九五九年四月二十一日李富春在人大二屆一次會議上報告說，在「一五計劃」中蘇聯援建的項目，在執行的過程中，由於若干項目合併建設，總數改變為一百六十六個。這些項目，在一九五九年以前全部建成和部分建成投產的有一百一十三個。從一九五九年開始，除了已經簽定協議的項目外，根據一九五八年八月八日和一九五九年二月七日中蘇兩國政府先後簽訂的兩次協議，蘇聯還將幫助中國進行一百二十五個企業的建設。
一九六○年三月，國家計委主任李富春在人大二屆二次會議上的工作報告中還說，蘇聯一九五九年繼續給了我國巨大支援，對國民經濟繼續大躍進起了重大作用。
一九六○年二月，在莫斯科舉行的華沙條約締約國政治協商會議。這個會議要求華沙條約締約國家支持蘇聯在裁軍、禁止核武器方面的主張，支持蘇聯同美、英、法舉行首腦會議的方針。中國代表團的發言唱了反調，並且在中國報刊上發表了這個發言。在會議結束後的招待會上，赫魯雪夫喝了酒之後就開始罵人。他不指名地攻擊毛澤東和中國共產黨。會議結束後的第二天，即二月六日，蘇共中央主席團成員波斯別洛夫和外長葛羅米柯向中國代表團宣讀了蘇共中央給中共中央的口頭通知，說中共的對外政策是冒險的，對內政策是主觀唯心論；說中國代表團在這個會議上的發言是違背了共同制定的路線。一九六○年二月二十二日，毛澤東主持中共中央政治局常委會，決定對赫魯雪夫進行反擊，於是，發表了《列寧主義萬歲》等三篇文章。在一九六○年六月布加勒斯特會議上，赫魯雪夫對中國共產黨發動了「突然襲擊」，對中國的內外政策和毛澤東進行了激烈的攻擊。中國共產黨也作出了激